渦輪葉片采用定向凝固合金和單晶合金材料，服役溫度只能達(dá)到1000℃，不能滿足現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度需要。人們發(fā)展了熱障涂層（TBC）以保護(hù)金屬基底，涂覆TBC的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片能在1600℃的高溫下運(yùn)行，提高發(fā)動(dòng)機(jī)60%以上的熱效率，有效地增加推重比，這使得涂層結(jié)構(gòu)逐漸應(yīng)用在核反應(yīng)堆、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等許多領(lǐng)域。

涂覆TBC的渦輪葉片通常由基底、中間過渡層以及陶瓷層組成。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和苛刻的極端高溫工作環(huán)境使得TBC在使用過程中出現(xiàn)脫粘缺陷引起的失效問題。因此，對TBC試件進(jìn)行早期無損檢測具有重大意義。

二、實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)Grzegorz采用盲孔缺陷代替脫粘缺陷進(jìn)行分析的方法，在對TBC脫粘缺陷的檢測實(shí)驗(yàn)中，通常在TBC試件的金屬基底上制作盲孔缺陷來模擬真實(shí)的脫粘缺陷。

本文的線激光掃描熱成像方法分為粗掃描階段和細(xì)掃描階段。

在粗掃描階段的檢測原理中，LLFST系統(tǒng)能夠在TBC試件表面匯聚出激光點(diǎn)，控制激光點(diǎn)以直線方向高速移動(dòng)。當(dāng)掃描速度足夠快且做線狀移動(dòng)時(shí)，激光點(diǎn)可以看作是線激光。當(dāng)該線激光以垂直于移動(dòng)方向掃描時(shí)，即構(gòu)成線激光粗掃描階段的熱激勵(lì)，粗掃描過程如圖1所示。

圖1 線激光掃描熱成像原理圖

當(dāng)線狀激光快速掃描過TBC試件表面時(shí)，對掃描到的試件表面進(jìn)行了快速線熱源加熱，掃描過后，線激光后部區(qū)域開始散熱。TBC試件的厚度相對于長度和寬度要小的多，忽略熱流的橫向擴(kuò)散，忽略陶瓷層、粘接層（共400μm）和空氣的對流換熱，這一過程可簡化為在脈沖熱流和絕熱邊界條件下的一維熱傳導(dǎo)過程。在構(gòu)件表面處的經(jīng)典熱傳導(dǎo)方程解為：

Q為表面輸入的熱流，ρ為密度，c為比熱，α為熱擴(kuò)散率，L為構(gòu)件的厚度。

由Eq.1可以看出，試件表面的溫度響應(yīng)與試件厚度L有關(guān)。當(dāng)脈沖線熱源激勵(lì)在薄板上時(shí)，由于盲孔缺陷處的L值減小，盲孔缺陷處表面溫度的幅值會(huì)增大，且根據(jù)matlab模擬得出結(jié)論，溫度的衰減也會(huì)慢于正常區(qū)域。

進(jìn)行Abaqus模擬后，得出結(jié)論：當(dāng)線熱源掃描至缺陷位置時(shí)，在缺陷處溫度突然升高，高于無缺陷處的位置；當(dāng)線熱源掃描過缺陷后，在缺陷處的熱圖像上發(fā)生明顯高溫處的溫度拖拽現(xiàn)象。

針對在粗掃檢測階段發(fā)現(xiàn)的排除噪音后溫度增高疑似缺陷的微區(qū)域，在細(xì)掃描階段的檢測原理中，在該微區(qū)域內(nèi)進(jìn)行提高功率的快速細(xì)掃描，將快速掃描的線激光近似看作為面激光脈沖加熱。

使用紅外熱像儀采集粗掃描階段和細(xì)掃描階段的紅外熱圖像。

粗掃檢測階段掃描速度快，可以在短時(shí)間內(nèi)在全場范圍內(nèi)檢測出較大面積缺陷，對粗掃檢測階段發(fā)現(xiàn)的疑似缺陷位置微區(qū)域內(nèi)開展的細(xì)掃檢測階段分辨率高，對較小的缺陷有更好的分辨能力。兩種檢測階段相結(jié)合可以提高整體缺陷檢測的檢測效率和檢測靈敏度，緩解檢測效率和檢測靈敏度的矛盾。

三、后處理方法